DE60214911T2

DE60214911T2 - Thermisch stabilisierte Wärmedämmschicht

Info

Publication number: DE60214911T2
Application number: DE2002614911
Authority: DE
Inventors: Joseph David Milford Rigney; Ramgopal West Chester Darolia
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2022-01-19
Also published as: DE60214911D1; EP1225251A2; US20020094448A1; EP1225251A3; SG105528A1; EP1225251B1; US6544665B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Schutzüberzüge für Komponenten, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie der feindlichen thermischen Umgebung eines Gasturbinenantriebes. Spezieller ist diese Erfindung auf ein Verfahren zum Stabilisieren der Mikrostruktur eines Wärmesperrenüberzuges bzw. einer Wärmebarrierenbeschichtung (TBC) mit Aluminiumoxid-Ausfällungen gerichtet, um den Abbau der thermisch isolierenden Eigenschaften des TBC während Hochtemperatur-Exkursionen zu verhindern.
Höhere Betriebstemperaturen für Gasturbinenantriebe werden kontinuierlich gesucht, um ihre Wirksamkeit zu erhöhen. Mit zunehmenden Betriebstemperaturen muss jedoch die Hochtemperatur-Haltbarkeit der Komponenten im Pfad des heißen Gases des Triebwerkes entsprechend zunehmen. Signifikante Fortschritte bei den Hochtemperatur-Fähigkeiten wurden durch die Formulierung von Superlegierungen auf Nickel- und Cobaltbasis erzielt. Trotzdem sind beim Einsatz zur Bildung von Komponenten der Turbine, Brenner- und Verstärkerabschnitte eines Gasturbinentriebwerkes, solche Legierungen allein häufig der Beschädigung durch Oxidation und Hitzekorrosionsangriff ausgesetzt, und sie können angemessene mechanische Eigenschaften nicht beibehalten. Aus diesem Grunde werden diese Komponenten häufig durch ein Wärmesperrenüberzugs(TBC)-System geschützt. TBC-Systeme schließen typischerweise einen gegen die Umwelt schützenden Bindeüberzug und einen thermisch isolierenden keramischen Decküberzug, der typischerweise als der TBC bezeichnet wird, ein. Bindeüberzugs-Materialien, die in weitem Rahmen in TBC-Systemen eingesetzt werden, schließen oxidati onsbeständige darüberliegende Überzüge, wie MCrAlX(worin M Eisen, Cobalt und/oder Nickel ist und X Yttrium oder ein anderes Seltenerdelement ist) und oxidationsbeständige Diffusionsüberzüge ein, wie Diffusionsaluminide, die intermetallische Aluminiumverbindungen enthalten.
Keramische Materialien, und insbesondere binäres Yttriumoxidstabilisiertes Zirkoniumoxid(YSZ), werden in weitem Rahmen wegen ihrer Hochtemperatur-Fähigkeit, geringen Wärmeleitfähigkeit und ihrer relativen Einfachheit der Abscheidung durch Plasmaspritzen, Flammspritzen und physikalische Dampfabscheidungs(PVD)-Techniken als TBC-Materialien eingesetzt. TBCs, die in den höchsten Temperaturregionen von Gastriebwerken benutzt werden, werden häufig durch physikalische Elektronenstrahl-Dampfabscheidung(EBPVD) abgeschieden, die eine säulenförmige dehnungstolerante Kornstruktur ergibt, die in der Lage ist, sich auszudehnen und zusammenzuziehen, ohne beschädigende Spannungen zu verursachen, die zur Abspaltung führen. Ähnliche säulenförmige Mikrostrukturen können unter Benutzung anderer atomarer und molekularer Dampfprozesse hergestellt werden, wie Zerstäuben(z.B. Hoch- und Niederdruck, Standard- oder gebündelte Feder(collimated plume), Ionenplasma-Abscheidung und alle Formen der Schmelz- und Verdampfungs-Abscheidungsprozesse (z.B. Kathodenstrahl, Laserschmelzen usw.). Im Gegensatz dazu scheiden Plasmaspritztechniken, wie Luftplasmaspritzen(APS), TBC-Material in Form geschmolzener "Spritzer" ab, was zu einem TBC führt, der durch einen Grad der Inhomogenität und Porosität charakterisiert ist, der die Wärmeübertragung durch den TBC verringert.
Damit ein TBC während des geplanten Lebenszyklus der Komponente, die er schützt, wirksam bleibt, ist es wichtig, dass der TBC während der Lebensdauer der Komponente eine geringe Leitfähigkeit beibehält. Die Wärmeleitfähigkeiten von TBC-Materialien, wie YSZ, nehmen jedoch, wie beobachtet wur de, über die Zeit um 30% oder mehr zu, wenn sie der Betriebsumgebung eines Gasturbinentriebwerkes ausgesetzt sind. Diese Zunahme wurde in Beziehung gesetzt mit der Vergröberung der Mikro-struktur auf Zirkoniumoxidbasis durch Korn- und Poren wachstum und Kriechen der Korngrenze. Um diese Erscheinung zu kompensieren werden TBCs für Gasturbinentriebwerkskomponenten häufig bis zu einer größeren Dicke abgeschieden, als es sonst notwendig wäre. Alternativ müssen intern gekühlte Komponenten, wie Schaufeln und Düsen, so entworfen werden, dass sie eine stärkere Kühlströmung aufweisen. Diese beiden Lösungen sind aus Gründen der Kosten, der Komponentenlebensdauer und der Triebwerkswirksamkeit unerwünscht.
In Anbetracht des Obigen wird deutlich, dass weitere Verbesserungen in der TBC-Technologie erwünscht sind, insbesondere da TBCs zum thermischen Isolieren von Komponenten eingesetzt werden, die in Triebwerksdesigns mit stärkeren Anforderungen vorgesehen sind.
EP-A-O 783 043 offenbart Wärmeüberzugs-Materialien mit verbesserter Beständigkeit gegen Aufprall und Erosion. Lee Jong-Heun et al., "Imaging secondary-ion mass spectroscopy observation of the scavenging of siliceous film from 8-mol%yttria-stabilised zirconia by the addition of alumina", Database Compendex [online] Engineering information, Inc., New York, NY, US, offenbart verschiedene Eigenschaften von Aluminiumoxid/YSZ-Materialien.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Gasturbinen-Triebwerkskomponente bereitgestellt, aufweisend:
ein(en) Superlegierungs-Substrat(Körper);
einen metallischen Bindeüberzug (Haftschicht) auf einer Oberfläche des Substrates und
einen Wärmesperrenüberzug(Wärmebarrierenbeschichtung) aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumoxid auf dem Bindeüberzug, wobei der Wärmesperrenüberzug eine Mikrostruktur mit Defekten und Poren an und zwischen Korngrenzen der Mikrostruktur aufweist, der Wärmesperrenüberzug Oxidverunreinigungen wenigstens eines der aus Silicium, Titan, Eisen, Nickel, Natrium, Lithium, Kupfer, Mangan und Kalium bestehenden Gruppe ausgewählten Ele-mentes enthält, wobei die Oxidverunreinigungen in einer Ge-samtmenge von mindestens 0,02 Mol-% des Wärmesperrenüberzuges vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmesperren-überzug Aluminiumoxid-Ausfällungen innerhalb der Mikrostruktur in einer Menge von mindestens 0,1 Mol-% und bis zu 3 Mol-% aufweist, um die Oxidverunreinigungen zu gettern und/oder deren Wirkung zu neutralisieren, um eine Kornsinterung und -vergröberung zu verhindern und dadurch eine Verdichtung des Wärme-sperrenüberzuges zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung liefert allgemein einen Wärmesperrenüberzug (TBC) für eine Komponente, die zum Einsatz in einer feindlichen Umgebung vorgesehen ist, wie der Superlegierungs-Turbine, Brenner- und Verstärker-Komponenten eines Gasturbinentriebwerkes. TBCs dieser Erfindung haben Mikrostrukturen, die weniger empfindlich für Kornsintern und Poren-vergröberung während Hochtemperatur-Exkursionen sind, die alle zur Verdichtung des TBC führen. Durch diese Erfindung erhaltene Verbesserungen können mit TBCs realisiert werden, die mit einer säulenförmigen Kornstruktur abgeschieden sind, wie solchen, die durch EBPVD und andere PVD-Techniken abgeschieden sind, ebenso wie nicht säulenförmige TBCs, die als Resultat der Abscheidung durch Plasmaspritz-Techniken, wie Luftplasmaspritzen (APS), inhomogen und porös sind.
Typische YSZ-Quellenmaterialien, die zum Einsatz in Abscheidungsverfahren verfügbar sind, enthalten häufig mehr als 0,1 Mol-% Verunreinigungen, wie Oxide von Silicium, Titan, Eisen, Nickel, Natrium, Lithium, Kupfer, Mangan und Kalium. Gemäß der Erfindung können mehrere dieser Verunreinigungen (insbesondere Siliciumdioxid) in Gesamtmengen von so wenig wie 0,02 Mol-% genügen, um amorphe Phasen mit tiefen Glasübergangs-Temperaturen oder Phasen/Oberflächen-Modifikationen zu bilden, die Oberflächendiffusion fördern. Diese unerwünschten Phasenarten dekorieren nahezu alle Korngrenzen und die Spritzergrenzen(für Plasma-gespritztes TBC) oder Säulengrenzen(für PVD-TBC) eines TBC. Bei diesen Mengen benetzen diese Phasen, wie angenommen wird, die Grenzen genügend, um ein Kornsintern und -vergröbern und/oder Oberflächen-Diffusionskinetik zu fördern, die zur Verdichtung des TBC führen, wobei das Endergebnis davon eine Zunahme der Wärmeleitfähigkeit des TBC ist. Das Vermindern von Verunreinigungsniveaus in YSZ-Quellenmaterialien zum Beseitigen dieser Verdichtungswirkung im TBC kann prohibitiv teuer sein.
Als eine Lösung benutzt die Erfindung geringe Mengen von Aluminiumoxid-Niederschlägen (kristalline Strukturen), die an den Korngrenzen des TBC dispergiert sind, um Verunreinigungen und insbesondere die oben erwähnten Oxid-Verunreinigungen, zu gettern. Der Begriff "gettern", wie er hier benutzt wird, schließt verschiedene Mechanismen ein, durch die das Sintern, das durch die Anwesenheit von Verunreinigungen gefördert werden würde, neutralisiert (negiert) oder zumindest minimiert ist. Beispiele von Gettermechanismen schließen (a) die Bildung Aluminiumoxid enthaltender kristalliner Verbindungen, wie Mullit(3Al₂O₃·₂SiO₂), Aluminiumoxidtitanat(Al₂O₃·TiO₂) und/oder (Al₂O₃·MnO₂) und (b) die Bildung fester Lösungen mit verschiedenen Verbindungen einschließlich FeO, Fe₂O₃ usw. ein. Diese Reaktionsprodukte auf Aluminiumoxidbasis bilden als Ergebnis ihrer Unlöslichkeit in Zirkoniumoxid Niederschläge, die die Korngrenzenmobilität des YSZ-TBC veringern können. Als solche verhindern Aluminiumoxid-Niederschläge die Verdichtung und die dazugehörige Zunahme in der Wärmeleitfähigkeit, die durch Kornsintern und -vergröbern und/oder Oberflächen-Diffusionskinetik verursacht wird, die durch die Anwesenheit von Verunreinigungen gefördert werden. Ein anderer Vorteil ist, wenn die Aluminiumoxid-Niederschläge genügend fein sind, wie in der Größenordnung von etwa 2 bis 500 nm, die Niederschläge dann in der Lage sind, die Korn-, Poren- und/oder federartige Unterstruktur-Grenzen innerhalb des TBC festzulegen. Dadurch wird die Neigung der Mikrostruktur des TBC zu sintern, sich zu vergröbern und eine Porenumverteilung (hier benutzt, wenn kleinere Poren zusammenfließen oder sich unter Bildung größerer Poren vergröbern) während des Aussetzens gegenüber hohen Temperaturen, wie Temperaturen von mehr als 1000°C, die innerhalb des Heißgaspfades eines Gasturbinentriebwerkes angetroffen werden können, verringert.
Gemäß der Erfindung dient das Einbeziehen relativ geringer Mengen von Aluminiumoxid-Niederschlägen der Verringerung oder Beseitigung unerwünschter Verunreinigungswirkungen, während größere Mengen den zusätzlichen Vorteil des weiteren Stabilisierens der YSZ-Kornstrukturen gegen Vergrößerungen ergeben, die der Oberflächendiffusion und Korngrenzenbewegung zuzuschreiben sind. Durch Bereitstellen einer geringen aber genügenden Menge von feinen Aluminiumoxid-Niederschlägen innerhalb einer TBC-Mikrostruktur kann der TBC danach auf Temperaturen von mehr als 1200°C ohne Verdichtung und eine dazugehörige Zunahme der Wärmeleitfähigkeit erhitzt werden. Als ein Resultat können Komponenten mit dünneren TBC und/oder, wo anwendbar, geringeren Kühlluft-Strömungsraten entworfen werden, was die Verarbeitungs- und Materialkosten vermindert und die Komponentenlebensdauer und Triebwerkswirksamkeit fördert.
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine perspektivische Ansicht einer Hochdruck-Turbinenschaufel ist,
2 eine Querschnittsansicht der Schaufel von 1 entlang der Linie 2-2 ist und ein Wärmesperrenüberzugssystem auf der Schaufel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
3 eine Querschnittsansicht eines Wärmesperrenüberzugssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
4 eine detaillierte Darstellung eines säulenförmigen Kornes des Wärmesperrenüberzuges von 2 ist.
Die vorliegende Erfindung ist allgemein anwendbar auf Komponenten, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind und insbesondere auf Komponenten, wie die Hoch- und Niederdruckturbinendüsen und -schaufeln, Umhüllungen, Brennerauskleidungen und Verstärker-Hardware von Gasturbinentriebwerken. Ein Beispiel einer Hochdruck-Turbinenschaufel 10 ist in 1 gezeigt. Die Schaufel schließt allgemein einen Flügel 12 ein, gegen den heiße Verbrennungsgase während des Betriebes des Gasturbinenantriebs gerichtet werden und dessen Oberfläche daher heißen Verbrennungsgasen sowie einem Angriff durch Oxidation, Korrosion und Erosion ausgesetzt ist. Der Flügel 12 wird vor seiner feindlichen Betriebsumgebung durch ein Wärmesperrenüberzugs-(TBC)-System geschützt, das schematisch in 2 abgebildet ist. Der Flügel 12 ist mit einem Schwalbenschwanz 14, der auf einem Wurzelabschnitt 16 der Schaufel 10 gebildet ist, an einer (nicht gezeigten) Turbinenscheibe verankert. Kühldurchgänge 18 sind in dem Flügel 12 vorhanden, durch die Abzapfluft gedrückt wird, um Wärme von der Schaufel 10 zu übertragen. Während die Vorteile dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die in 1 gezeigte Hochdruck-Turbinenschaufel 10 beschrieben wird, sind die Lehren dieser Erfindung allgemein anwendbar auf irgendeine Komponente, auf der ein Wärmesperrenüberzug benutzt wird, um die Komponente vor einer Hochtemperatur-Umgebung zu schützen.
Das in 2 dargestellte TBC-System 20 schließt einen metallischen Bindeüberzug 24 ein, der auf der Oberfläche eines Substrates 22 liegt, wobei das Letzgenannte typischerweise eine Superlegierung und das Basismaterial der Schaufel 10 ist. Wie bei TBC-Systemen für Komponenten von Gasturbinentriebwerken typisch, ist der Bindeüberzug 24 eine aluminiumreiche Zusammensetzung, wie ein darüber liegender Überzug aus einer MCrAlX-Legierung, oder ein Diffusionsüberzug, wie ein Diffusionsaluminid oder ein Diffusions-Platinaluminid einer im Stande der Technik bekannten Art. Aluminiumreiche Bindeüberzüge dieser Art entwicklen eine Aluminiumoxid(Dialuminiumtrioxid)-Haut 28, die durch Oxidation des Bindeüberzuges 24 wächst. Die Aluminiumoxidhaut 28 verbindet eine Wärme isolierende Keramikschicht oder einen TBC 26 mit dem Bindeüberzug 24 und dem Substrat 22. Der TBC 26 der 2 hat eine dehnungstolerante Mikrostruktur säulenförmiger Körner 30, von denen eines detaillierter in 4 dargestellt ist. Wie im Stande der Technik bekannt, können solche säulenförmigen Mikrostrukturen durch Abscheiden des TBC 26 unter Benutzung einer physikalischen Dampfabscheidungstechnik, wie EBPVD, erzielt werden. Ein bevorzugtes Ma-terial für den TBC 26 ist ein Yttriumoxidstabilisiertes Zirkoniumoxid (YSZ), wobei eine bevorzugte Zusammensetzung etwa 4 bis etwa 20 Gew.-% Yttriumoxid aufweist, obwohl andere Keramikmaterialien benutzt werden könnten, wie Zirkoniumoxid, das vollständig durch Yttriumoxid stabilisiert ist, nicht stabilisiertes Zirkoniumoxid oder Zirkoniumoxid, das teilweise oder vollständig mit Magnesiumoxid, Ceroxid, Scandiumoxid oder anderen in Zirkoniumoxid löslichen Oxiden stabilisiert ist. Der TBC 26 wird bis zu einer Dicke abgeschieden, die genügt, um den erforderlichen Wärmeschutz für das darunter liegende Substrat 22 und Schaufel 10 zu bieten, im Allgemeinen in der Größenordnung von etwa 75 bis etwa 300 μm.
Während ein großer Teil der folgenden Diskussion sich auf säulenförmiges TBC der in den 2 und 4 gezeigten Art konzentriert, wird davon ausgegangen, dass die Erfindung auch auf nicht säulenförmiges TBC anwendbar ist, das durch solche Verfahren, wie Plasmaspritzen, einschließlich Luftplasmaspritzen (APS) abgeschieden ist. Die Mikrostruktur dieser Art von TBC ist in 3 gezeigt, in der gleiche Bezugsziffern, wie sie in 2 zum Identifizieren des säulenförmigen TBC 26 auf einem Substrat 22 und Bindeüberzuges 24 benutzt werden, nun angewendet werden, um ein ähnliches Substrat 22 und einen ähnlichen Bindeüberzug 24 zu identifizieren, auf dem ein nicht säulenförmiges TBC 26 durch Plasmaspritzen abgeschieden wurde. Bei dem Plasmaspritzverfahren wird TBC-Material in Form geschmolzener "Spritzer" abgeschieden, was zu dem plasmagespritzten TBC 26 von 3 mit einer Mikrostruktur führt, die durch irreguläre abgeflachte Körner 30 und einen Grad der Inhomogenität und Porosität charakterisiert ist.
Wie im Stande der Technik üblich, kann das YSZ-Quellenmaterial, das zum Abscheiden der TBCs 26 der 2 bis 4 benutzt wurde, mehr als 0,1 Mol-% Verunreinigungen, wie Oxide von Titan, Silicium, Natrium, Eisen, Lithium, Kupfer, Mangan und Kalium und potentiell Oxide von Calcium, Magnesium und anderen enthalten. Gesamtmengen von so wenig wie 0,02 Mol-% solcher Verunreinigungen können genügen, um Niederschläge zu bilden, die nahezu alle Korngrenzen der TBC-Mikrostruktur de korieren ebenso wie die Spritzergrenzen (für plasmagespritztes TBC) oder Säulengrenzen (für PVD-TBC) des TBC 26. Es wird angenommen, dass diese Niederschläge die Korngrenzen des TBC 26 benetzen, ein Korngrenzengleiten und Kornsintern und -vergröbern gestatten oder fördern, die zur Verdichtung des TBC 26 führen und folglich einer Zunahme in der Wärmeleitfähigkeit des TBC 26. Um dieser Auswirkung entgegenzuwirken, ist der TBC 26 dieser Erfindung derart abgeschieden, dass er geringe Mengen von Aluminiumoxid enthält, das, als Ergebnis der Unlöslichkeit in YSZ, mit der umgebenden YSZ-Matrix nicht legiert sondern diskrete Niederschläge 34 bildet, die entlang der Korngrenzen des TBC 26 dispergiert sind, einschließlich benachbart den Defekten und Poren 32, wie in den 3 und 4 dargestellt. Gemäß der Erfindung gettern die Niederschläge 34 die oben erwähnten Oxidverunreinigungen und verhindern daher ein Korngrenzengleiten, Kornsintern und -vergröbern. Das Endergebnis ist, dass der TBC 26 eine stabilisierte Mikrostruktur aufweist, die Mikro-strukturänderungen widersteht, die ansonsten zur Verdichtung und höheren Wärmeleitfähigkeit führen würden.
Als ein Resultat der Prozesse, mit denen die TBCs 26 der 2 bis 4 abgeschieden sind, sind die einzelnen Körner 30 der TBCs 26 durch Mikrostrukturdefekte und Poren 32 innerhalb der Körner 30 und an und zwischen den Korngrenzen charakterisiert. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird angenommen, dass diese Defekte und Poren 32 die Wärmeleitfähigkeit der Körner 30 des TBC 26 vermindern und damit die des TBC 26 als Ganzem. Kornwachstum, Sintern und Porenverteilung (Zusammen-fließen) innerhalb des TBC 26 während Hochtemperatur-Exkursionen neigen jedoch zum Beseitigen der Defekte und Poren 32. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, diese Mikrostrukturveränderungen zu verhindern, wenn die Niederschläge 34 genügend fein und innerhalb der Defekte und Poren 32 angeordnet sind, sodass die Niederschläge 34 die Korngrenzen und Poren 32 verankern und festlegen.
Um wirksam als ein Verunreinigungsgetter zu dienen, müssen die Niederschläge 34 in einer für diesen Zweck genügenden Menge vorhanden sein ohne andere erwünschte Eigenschaften des TBC 26 zu beeinträchtigen. Ein geeigneter molarer Anteil der Niederschläge 34 beträgt, so wird angenommen, mindestens 0,1 Mol-% bis zu etwa 3 Mol-%, wobei ein bevorzugter Bereich der von etwa 0,2 bis etwa 1 Mol-% ist. Als ein Verunreinigungsgetter ist die Größe der Niederschläge 34, so wird angenommen, nicht kritisch, wobei Durchmesser von etwa 2 bis etwa 1000 nm akzeptabel sind. Um wirksam die Korngrenzen festzulegen, müssen die Niederschläge 34 fein sein, im Allgemeinen in der Größenordnung der Poren 32 und verfahrensinduzierten Defekte innerhalb der Körner 30 und entlang den Korngrenzen. Um diese Rolle auszuführen, beträgt ein bevorzugter Teilchengrößenbereich für die Aluminiumoxid-Ausfällungen 34 etwa 2 bis 500 nm. Der zum Festlegen der Defekte und Poren 32 erforderliche Volumenanteil variiert natürlich mit der Menge der Defekte und Poren 32, die im TBC 26 vorhanden sind. Es wird jedoch angenommen, dass ein Volumenanteil von mindestens 0,1% erforderlich ist, um wirksam Verunreinigungen zu gettern.
Geeignete Verfahren zum Bilden der Ausfällungen 34 hängen teilweise von der Art und Weise ab, in der der TBC 26 abgeschieden ist. Wird durch Plasmaspritzen abgeschieden, dann kann ein feines Aluminiumoxidpulver mit einem YSZ-Pulver vermischt werden, sodass die feinen Aluminiumoxid-Niederschläge 34 sich innerhalb der einzelnen "Spritzer"-Körner 30 bilden, wie in 3 gezeigt. Bei Abscheidung mittels PVD, um die säulenförmige Kornstruktur zu erhalten, die in den 2 und 4 gezeigt ist, besteht eine geeignete Technik im Verdampfen mehrerer Barren, von denen mindestens einer nur aus YSZ gebildet ist, während ein zweiter aus Aluminiumoxid, allein, gemischt mit YSZ oder anwesend als diskrete Regionen innerhalb eines YSZ-Barrens gebildet ist. Alternativ kann ein einzelner Barren, der YSZ und Regionen von Aluminiumoxid oder metallischem Aluminium enthält, zur Herstellung des TBC 26 verdampft werden. Noch eine andere Alternative besteht darin, ein YSZ-Quellenmaterial in Gegenwart einer chemischen Dampfabscheidungs(CVD)-Quelle von Aluminiumhaltigen Dämpfen zu verdampfen. Werden die aluminiumhaltigen Dämpfe in die Kammer zum Überziehen während des Verdampfens von YSZ eingeführt, dann reagieren diese mit der Sauerstoffhaltigen Atmosphäre innerhalb der Kammer und scheiden Aluminiumoxid innerhalb des TBC ab. Noch ein anderes Verfahren besteht darin, eine Ionenstrahlquelle von Aluminium (kathodische Bogenquelle) zu benutzen, während ein YSZ-Barren verdampft wird, um die Niederschläge 34 zu erzeugen. In jedem Falle wird das Abscheidungsverfahren dieser Erfindung so ausgeführt, dass Aluminiumoxid verdampft wird und unter Bildung der diskreten und feinen Niedrschläge 34 kondensiert, die in den 3 und 4 dargestellt sind.
Während die Erfindung an Hand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, sollte klar sein, dass andere Formen vom Fachmann angewendet werden können. So könnte, z.B., der TBC 26 durch andere atomare und molekulare Dampfabscheidungsverfahren, wie Zerstäuben, Ionenplasma-Abscheidung und alle Formen der Schmelz- und Verdampfungs-Abscheidungsverfahren abgeschieden werden.
Der Vollständigkeit halber werden verschiedene Aspekte der Erfindung in den folgenden Ansprüchen definiert.

Claims

Gasturbinentriebwerkskomponente (10), aufweisend: einen Superlegierungskörper (22); eine metallische Haftschicht (24) auf einer Oberfläche des Körpers (22); und eine Wärmebarrierenbeschichtung (26) aus Yttriumoxidstabilisierten Zirkondioxid auf der Haftschicht (24), wobei die Wärmebarrierenbeschichtung (26) eine Mikrostruktur mit Defekten und Poren (32) an und zwischen Korngrenzen der Mikrostruktur aufweist, die Wärmebarrierenbeschichtung (26) Oxidverunreinigungen wenigstens eines aus der aus Silizium, Titan, Eisen, Nickel, Natrium, Lithium, Kupfer, Mangan, und Kalium bestehenden Gruppe ausgewählten Elementes enthält, wobei die Oxidverunreinigungen in einem Gesamtmengenanteil von wenigstens 0,02 Mol% der Wärmebarrierenbeschichtung (26) vorhanden sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebarrierenbeschichtung (26) Aluminiumoxidausfällungen (34) innerhalb der Mikrostruktur in einem Anteil von wenigstens 0,1 Mol% und bis zu 3 Mol% aufweist, um die Oxidverunreinigungen zu gettern und/oder deren Effekt zu neutralisieren, um so eine Kornsinterung und Vergröberung zu verhindern, und dadurch eine Verdichtung der Wärmebarrierenbeschichtung (26) zu verhindern.
Gasturbinentriebwerkskomponente (10) nach Anspruch 1, wobei die Mikrostruktur der Wärmebarrierenbeschichtung (26) säulenartig ist.
Gasturbinentriebwerkskomponente (10) nach Anspruch 1, wobei die Mikrostruktur der Wärmebarrierenbeschichtung (26) inhomogen und porös ist.